多制式室內分布系統智能布放方法研究

賀穎姣,趙 君

(1.中國鐵塔股份有限公司重慶市分公司,重慶 401120;2.重慶市信息通信咨詢設計院有限公司鐵塔分院,重慶 401120)

0 引言

人們在網絡建設的關鍵部分——室內分布系統后續的研究中,將面臨多制式系統共存等挑戰[1]。因此,如何解決系統通信無線頻帶傳輸中的信號干擾與共存問題,實現系統的智能投放,是系統開發與科研人員的研究關鍵。在無線通信系統中,分布系統的布放干擾形式主要有4種:雜散、阻塞、互調、引導干擾。在這種情況下,引導干擾由系統導引線產生,干擾信號大多發生在系統內部,可由系統自身消化處理。雜散干擾是指由干擾裝置發出的噪聲,落在被干擾接收器的接收波段中,從而影響所需的信號[2]。雜散干擾會使接收器的噪聲閾值增大,使接收器的靈敏度下降,從而影響系統的綜合性能。信號發射機雜散輻射會對其他系統造成比較嚴重的影響,因此,各個通信系統技術規程都對此作了嚴格的規定[3]。為解決系統布放過程中的信號相互干擾問題,提高系統布放的可靠性,本文開展了系統智能布放方法的設計,旨在通過此次設計,提高網絡的通信與覆蓋能力。

1 多制式室內分布系統布放干擾計算

為滿足室內分布系統的布放需求,文章開展相關研究前,對系統在室內環境中布放受到的干擾進行了計算[4]。在此過程中,工作人員應明確室內環境是一個相對復雜的環境,此環境中存在的其他系統會對分布系統的運行造成干擾,室內環境中其他系統的干擾計算公式如式(1)所示。

P=P1+10log(B1/B2)

(1)

式(1)中:P表示室內環境中其他系統的干擾;P1表示雜亂干擾;B1表示室內環境其他系統的測試帶寬;B2表示其他系統的信道帶寬。在此基礎上,考慮到室內環境中其他系統對分布系統的干擾程度取決于系統的熱噪聲容限,因此,可以通過式(2)計算系統干擾熱噪聲容限,掌握其他系統對室內分布系統布放的影響[5]。

S=V-L+N×P

(2)

式(2)中:S表示其他系統干擾熱噪聲容限;V表示熱噪聲;L表示干擾保護限值;N表示接收器接收的噪聲系數,上述參數的計算單位均為dBm。根據上述公式的計算結果,為確保布放的系統達到規范,可按照式(3)設定系統之間干擾噪聲的最小隔離度。

D=P-S

(3)

式(3)中:D表示各系統之間干擾噪聲的最小隔離度。按照上述方式,完成多制式室內分布系統布放干擾的計算。

2 室內分布系統信號傳播鏈路預算與功率匹配

在上述設計內容的基礎上,工作人員考慮到不同的通信環境對應的通信鏈路帶寬是不同的,為確保布放的系統可以在對應的位置發揮預期效果,需要進行室內分布系統信號傳播鏈路的預算。在此過程中,明確鏈路預算主要是指信號從信源設備終端發出,信號通過對應的鏈路傳輸到用戶端,當用戶端完成信號的接收后,進行信號在傳輸過程中功率的分配。

本文將鏈路預算分為2個方面,其一為分布系統傳輸損耗,其二為傳輸系統室內損耗。天線口信號的導頻功率可通過式(4)計算得到。

A=A1-∑A2-∑A3

(4)

式(4)中:A表示天線口信號的導頻功率;A1表示信源輸出功率;A2表示傳輸過程中構件損耗功率;A3表示傳輸過程中系統的饋線損耗。完成上述計算后,文章進行傳輸系統室內損耗的分析。室內損耗是指信號傳輸天線與移動終端之間的損耗,主要由允許路損決定,最大允許路損計算公式如式(5)所示。

M=A-N

(5)

式(5)中:M表示最大允許路損;N表示室內環境邊緣覆蓋場強。完成上述計算后,考慮到多制式系統的覆蓋距離與天線口功率之間的關系較為密切,因此,文章采用功分器進行信號的分離,控制部分功率較大的信源設備,結合實際情況,進行室內分布系統信號傳播鏈路預算與功率匹配。

3 系統智能布放點規劃

在上述設計內容的基礎上,文章引進多目標優化算法,利用該算法中的Keenan-Motley模型,建立針對分布系統的室內傳播模型,模型表達式如式(6)所示。

C=L20lg(4πd/λ)+kK+pW+c

(6)

式(6)中:C表示分布系統的室內傳播模型;λ表示發射天線與接收終端之間的距離;k表示建筑室內地板層數;K表示建筑室內地板厚度;W表示墻體層數;c表示信號傳播過程中的衰減因子。完成上述計算后,可以將建成區的信號覆蓋問題作為一個以最少數量的圓點為目標的幾何圓點覆蓋范圍研究,文章通過此種方式,得到系統在室內環境中的適應度,以此為依據,實現系統智能布放點規劃,完成布放方法的設計。

4 實例分析

本文以某多制式室內分布系統為例,從3個方面完成了智能布放方法的設計。為檢驗該方法在實際應用中的布放效果,本文以某新建綜合大廈為例,進行分布系統的智能布放。

為實現對系統布放效果的檢驗,本文按照下述內容,選擇布放后分布系統通信信號強度的測試設備:(1)選擇場強測試手機,一般移動設備即可;(2)系統路測軟件,鼎力GSM系統;(3)信號測試軟件,TD-SCDMA。

根據設計需求,要求完成系統的投放后,建筑物室內邊緣區域的信號場強需滿足>-85 dBm的需求。若滿足上述需求,說明設計的系統智能布放方法應用效果良好,反之,若建筑物室內邊緣區域的信號場強≤-85 dBm,說明設計的系統智能布放方法應用效果較差,即不滿足室內通信需求。按照上述標準,本文進行建筑室內邊緣區域信號場強的測試,統計實驗結果如圖1所示。

圖1 建筑室內邊緣區域信號場強測試結果

從圖1所示的實驗結果可以看出,在建筑室內邊緣區域進行信號場強測試,測試后信號場強滿足>-85 dBm的需求,說明建筑室內邊緣區域的信號強度較高,可以滿足通信需求。

在上述內容的基礎上,本文選擇建筑室內邊緣區域業務下載速率作為測試指標,使用場強測試手機進行文件、資料的下載,調用后臺數據,記錄業務下載速率,要求邊緣區域的下載速率需要>500 KB/s,滿足上述需求,說明設計的系統智能布放方法應用效果良好,反之,說明系統布放方法應用效果較差。按照上述標準,統計實驗結果,如圖2所示。

圖2 建筑室內邊緣區域業務下載速率

從圖2所示的實驗結果可以看出,在測試時段內,建筑室內邊緣區域業務下載速率>500 KB/s,滿足設計需求。

上述實驗結果表明:本文設計的系統智能布放方法應用效果良好,可以在提高建筑室內邊緣區域信號場強的基礎上,提高室內邊緣區域業務下載速率,充分發揮分布系統在室內環境中的更高價值。

5 結語

文章從技術標準特征和產業發展實際需要層面分析,GSM系統、CDMA 1x系統、PHS系統等技術標準在很長一段時間內將會互補,并在未來實現并存。為發揮分布系統在室內環境中的更高效能與價值,本文通過多制式室內分布系統布放干擾計算、室內分布系統信號傳播鏈路預算與功率匹配、系統智能布放點規劃,開展了系統智能布放方法的設計研究。完成設計后,以某新建綜合大廈為例,按照本文設計的方法,進行分布系統的智能布放實驗。實驗結果證明:本文設計的方法可以在提高建筑室內邊緣區域信號場強的基礎上,提高室內邊緣區域業務下載速率。